SimPowerSystems

Principales fonctionnalités

  • Bibliothèques de modèles spécifiques aux applications, comprenant des modèles de moteurs électriques à courants alternatif et continu, les systèmes de transmission flexibles en courant alternatif (Flexible Alternative Current Transmission Systems, FACTS) et les systèmes d’énergie renouvelable
  • Simulations en modes discret et phaseur pour une exécution accélérée du modèle
  • Algorithme de commutation idéale pour la simulation accélérée de composants d’électronique de puissance
  • Méthodes d’analyse pour obtenir des représentations d’état de circuits et calculer le débit de charge des machines
  • Modèles de base pour la conception de technologies électriques clés
  • Capacité à étendre les bibliothèques de composants à l’aide du langage Simscape
  • Prise en charge de la génération de code C
SimPowerSystems model of an asynchronous motor and diesel-generator uninterruptible power supply (UPS)
Modèle SimPowerSystems (à gauche) d’un système d’alimentation électrique sans coupure composé d’un moteur asynchrone et d’un générateur diesel. L’oscilloscope Simulink (à droite) affiche les courants du stator et la vitesse de la machine asynchrone.

SimPowerSystems prend en charge la conception de systèmes d’alimentation complexes et autonomes, comme ceux utilisés dans l’automobile, les avions, les usines de fabrication et lescentrales de production d’énergie électrique. Les modèles que vous créez prennent en charge l’intégralité de votre processus de développement, dont les simulations hardware-in-the-loop (HIL).

Modélisation de systèmes électrotechniques

SimPowerSystems fournit des bibliothèques pour la modélisation de machines électriques, de transformateurs et de convertisseurs de puissance. Vous pouvez connecter des composants, comme les générateurs, les lignes de transmission, les disjoncteurs et les moteurs afin de modéliser des systèmes d’alimentation électrique. Des bibliothèques applications spécialisées sont également fournies. Elles vous permettent de modéliser des commandes électriques, les réseaux d’énergie des avions et des systèmes d’énergie renouvelable. La connexion de ces systèmes aux systèmes de contrôle dans Simulink vous permet de tester des systèmes d’alimentation électrique intégrés dans un seul environnement Outre les connexions traditionnelles entrée-sortie ou de flux de signaux utilisées dans Simulink, SimPowerSystems utilise des connexions physiques qui prennent en compte le flux de puissancedans n’importe quelle direction. Des modèles de systèmes électriques construits à l’aide de connexions physiques (ou modèles acausaux) ressemblent au réseau qu’ils représentent et sont donc plus faciles à comprendre et à partager.

Vous pouvez définir vos connexions triphasées à l’aide d’une connexion pour chaque phase, ce qui vous permet d’exécuter des tests tels que l’injection d’un défaut phase-terre. Vous pouvez également créer des schémas unifilaires dans lesquels les trois phases sont représentées par une seule ligne, ce qui facilite la lecture du schéma. Les composants SimPowerSystems sont paramétrés à l’aide du système par unité, largement utilisé dans l’industrie électrique et qui simplifie le paramétrage et l’analyse de votre système.

SimPowerSystems model of a permanent magnet synchronous motor and inverter sized for use in a typical hybrid vehicle.
Modèle SimPowerSystems (à gauche) d’un contrôleur de moteur synchrone à aimant permanent et onduleur dont la dimension permet l’utilisation dans un véhicule hybrideclassique. Le modèle inclut les connexions électriques (monophasées et triphasées) et des connexions de flux de signaux, et l’oscilloscope (à droite) montre les courants au statot de la machine Synchrone à aimant permanent

Création de composants personnalisés

Vous pouvez ajouter des composants issus d’autres produits de modélisation physique à votre modèle SimPowerSystems. Les bibliothèques de base de Simscape contiennent des blocs des domaines hydrauliques, thermiques, magnétiques et d’autres domaines physiques. L’intégration de ces domaines à votre modèle SimPowerSystems à l’aide de connexions physiques vous aide à modéliser d’autres aspects de votre système dans un environnement unique.

Le langage Simscape est orienté objet et repose sur MATLAB. Il vous permet ainsi de créer vos propres composants et bibliothèques de modélisation physique. Vous pouvez définir des composants personnalisés, avec des paramétrages, des connexions physiques et des équations représentées en tant qu’équations , algébro-différentielles (Differential Algebraic Equations, DAE) implicites et acausales. Dans le fichier Simscape de votre composant, vous pouvez utiliser MATLAB afin d’analyser les valeurs des paramètres, effectuer des calculs préliminaires et initialiser les variables du système. Le bloc Simulink et la boîte de dialogue de votre composant personnalisé sont automatiquement créés à partir du fichier.

Grâce au langage Simscape, vous pouvez contrôler avec exactitude la nature des effets capturés dans les modèles de vos composants physiques. Cette approche vous permet d’équilibrer le compromis entre la fidélité du modèle et la vitesse de simulation.

Custom Simscape implementation of a permanent magnet synchronous motor, used as a generator.
Implémentation Simscape personnalisée d’un moteur synchrone à aimant permanent utilisé comme générateur. L’éditeur MATLAB affiche le code source du langage Simscape des équations électriques et mécaniques, et l’oscilloscope montre les courants alternatifs triphasés et le courant continu qui parcout la charge.

Simulation de modèles

Vous pouvez simuler vos modèles SimPowerSystems en utilisant l’une des trois méthodes de simulation pour votre système de réseau électrique, ainsi qu’un algorithme de commutation idéale améliorant les performances de simulation des systèmes à commutation haute fréquence.

La méthode de simulation continue exécute des simulations très précises de modèles de systèmes électriques, dont le pas variable permet de capturer la dynamique de votre système. La discrétisation permet de contrôler la précision de votre simulation en sélectionnant la taille du pas. La simulation en mode phaseur remplace les équations différentielles représentant le réseau sous la forme d’un ensemble d’équations algébriques à une fréquence fixe, ce qui permet de réaliser des études de stabilité en régime transitoire des systèmes avec plusieurs machines.

L’algorithme de commutation idéale de SimPowerSystems permet une simulation rapide et exacte de systèmes contenant des dispositifs électroniques de puissance. Cet algorithme utilise une méthode améliorée de calcul de la représentation d’état du système, au lieu de baser la modélisation des dispositifs électroniques de puissance sur les sources de courant dotées d’amortisseurs de haute impédance. Cette méthode offre plus de flexibilité pour sélectionner un solveur et des résultats avec des temps de simulation réduits.

SimPowerSystems interface for selecting simulation options.
Interface SimPowerSystems pour la sélection des options de simulation. Les modes de simulation continue, discrète et phaseur sont pris en charge, avec l’option de commutation idéale pour une simulation accélérée.

Analyse de modèles

SimPowerSystems fournit les outils d’analyse de modèles, de visualisation des résultats de simulation et de calcul des paramètres de blocs avancés vous permettant d’accomplir ce qui suit :

  • Afficher les courants et la tension en régime permanent
  • Afficher et modifier l’état initial du système
  • Effectuer une analyse de débit de charge et l’initialisation des machines
  • Effectuer l’analyse harmonique
  • Afficher les mesures d’impédance en fonction de la fréquence

Le moteur de calcul du débit de charge calcule les courants initiaux des machines synchrones et asynchrones. Vous indiquez les conditions qui doivent régir les machines en régime permanent dans votre circuit. SimPowerSystems calcule ensuite ledebit de charge. La position résultante du rotor, les courants initiaux et les flux internes sont saisis automatiquement dans les paramètres desmachines.

SimPowerSystems permet d’analyser la topologie du réseau électrique et de calculer le modèle d’état équivalent de votre circuit sans exécuter de simulation. Vous pouvez lier le modèle à représentations d'états à l'application Linear System Analysis (analyse de système linéaire) dans la Control System Toolbox™ pour obtenir des réponses en domaine temps et fréquence.

The SimPowerSystems FFT analysis tool.
Outil d’analyse SimPowerSystems de la FFT. Le spectre de fréquences d’une onde de tension est affiché et le facteur de qualité de la tension est mesurée en calculant le taux de distorsion d’harmonique.

Déploiement de modèles

Vous pouvez déployer des modèles SimPowerSystems à l’aide d’un code généré par Simulink Coder™. Le code généré vous permet d’accomplir ce qui suit :

  • Exécuter des simulations Hardware-In-the-Loop en déployant des modèles SimPowerSystems sur des processeurs en temps réel directement interfacés à une autre cible matérielle
  • Construire des exécutables autonomes de modèles SimPowerSystems pouvant être intégrés à des programmes C ou à d’autres modèles MATLAB et Simulink
  • Accroître la vitesse de simulation en compilant le code C
  • Partager des modèles sans compromettre votre propriété intellectuelle

Partage de modèles

Vous pouvez partager des modèles SimPowerSystems avec des utilisateurs Simscape qui n’ont pas acheté SimPowerSystems. Les utilisateurs Simscape peuvent afficher, simuler et modifier les valeurs des paramètres des modèles SimPowerSystems en exploitant les modes d’édition de Simscape. Votre équipe peut ainsi partager des modèles SimPowerSystems avec un groupe d’ingénieurs plus important qui utilise Simscape.

Utilisation des modèles SimPowerSystems
Tâche Créateur du modèle
(achète Simscape et SimPowerSystems)
Utilisateur du modèle
(achète Simscape)
Simuler
Enregistrer des données ou modifier l’affichage
Modifier les paramètres
Générer un code avec Simulink Coder
Modifier les options de paramétrage de bloc  
Créer ou rompre des connexions physiques  

SimPowerSystems dans le monde universitaire

Vous pouvez utiliser SimPowerSystems afin d’enseigner la théorie se rapporte au comportement d’un réseau électrique. Les étudiants peuvent analyser des systèmes importants et complexes, et les résultats des simulations SimPowerSystems leur permettent de mieux comprendre le fonctionnement d’un véritable réseau électrique. Pour démontrer l’influence des effets tels que l’hystérésis sur le système électrique représenté par votre modèle SimPowerSystems, vous pouvez implémenter les équations de ces effets avec le langage Simscape.

Grâce à la simulation, les étudiants peuvent étudier le comportement d’un prototype en environnement virtuel, ce qui les incite à essayer de nouvelles conceptions et à explorer l’espace des paramètres. La simulation leur permet d’optimiser leurs conceptions dans le cadre de projets de recherche et de concours inter-étudiants.

Les étudiants qui ont eu l’occasion de se familiariser à SimPowerSystems sont demandés par les employeurs, car l’utilisation de cet outil multidomaine est répandue dans de nombreuses industries comme l’automobile, l’aérospatiale et la robotique.

En savoir plus sur la sensibilisation des étudiants à la modélisation et à la simulation.

Technologies de SimPowerSystems

SimPowerSystems est doté des technologies de deuxième et de troisième génération. Vous pouvez créer et simuler un modèle électrique selon l’une ou l’autre des technologies.

La troisième génération exploite complètement la technologie Simscape et les modèles de composants sont écrits avec le langage. Vous pouvez connecter directement ces modèles aux composants des bibliothèques Foundation de Simscape et aux composants d’autres produits de modélisation physique.

La technologie de deuxième génération est spécialisée dans la modélisation de systèmes électriques et est optimisée pour ce faire. Les bibliothèques de blocs de deuxième génération contiennent une quantité importante de modèles qui utilisent leur propre domaine électrique. Enfin, vous connectez ces blocs à d’autres éléments Simscape via les signaux Simulink.

Pour de plus amples informations sur la différence entre ces deux technologies, consultez la documentation SimPowerSystems et les notes de chaque nouvelle version.

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Modélisation et analyse de réseaux de distribution électrique avec MATLAB et Simulink

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